130t／h锅炉超音速喷涂的可行性分析.pdf

冶 金 动 力 ME T AL L URGI CA L P OWER 2 0 1 3 年第 9 期 总 第1 6 3期 1 3 0 t ／ h锅炉超音速喷涂的可行性分析 别、 煜 莱芜钢铁 股份有限公司能源动力厂 ， 山东莱芜 ， 2 7 1 1 2 6 【 摘要】 超音速喷涂是以电弧为热源， 将合金金属丝熔化并用气流雾化， 使熔融颗粒高速喷射到工件表面 形成合金涂层的一种工艺。应用在锅炉水冷壁， 具有优异的高温耐蚀性． 【 关键词】 超音速喷涂； 水冷壁； 锅炉； 高温耐蚀性能 【 中图分类号】T K 2 2 3 ． 3 【 文献标识码1 B 【 文章编号】 1 0 0 6 - 6 7 6 4 2 0 1 3 0 9 0 0 4 4 0 2 Th e F e a s i b i l i t y S t u d y o f S u p e r s o n i c Co a t i n g o n t h e 1 3 0 t ／ h Bo i l e r S HUN Yu T h e P o w e r P l a n t o f L a i w u I r o n a n d S t e e l C o ． ， L t d ． ， L a i w u ,S h a n d o n g 2 7 1 1 2 C h i n a 【 A b s t r a c t ] S u p e r s o n i c c o a t i n g p r o c e s s t a k e s e l e c t r i c a r c a s t h e h e a t s o u r c e t o me l t a l l o y i n g me t a l wi r e ，a t o mi z e b y a i r s t r e a m a n d r a p i d l y s p r a y t h e me l t e d p a r t i c l e s o n t o t h e s u r f a c e o f wo r k p i e c e s t o f o r m a n a l l o y e d c o a t i n g l a y e r ，wh i c h e x h i b i t e x c e l l e n t h i g h t e mp e r a t u r e C O I T O -- s i o n r e s i s t a n c e w h e n a p p l i e d o n t h e wa t e r c o o l e d w a l l o f b o i l e r s ． 【 K e y w o r d s ] s u p e r s o n i c c o a t i n g ； w a te r c o o le d w a l l ； b o i l e r ； h i g h t e m p e r a t u r e c o r r o s i o n r e s is t a nee 1 实施背景 莱钢能源动力厂银前锅炉 车间现有两座 J G 一 1 3 0 ／ 3 ．8 2 一 Q型燃高炉煤气锅炉， 水冷壁腐蚀一直是 困扰安全运行的重大问题 ， 锅炉水冷壁减薄造成的 突发性爆管事故对生产的危害十分严重。以前我们 曾采用浇注料制作卫燃带 ， 氧、 乙炔喷焊 ， 电弧喷涂 等措施对水冷壁进行防护 ， 但效果都不理想。 2 0 0 9 年 4月 1 8日， 1 锅炉因水冷壁管减薄爆 管， 造成紧急停炉一次， 给能源动力厂的安全经济生 产带来了极大危害。仅停炉后的重新点火 ， 直接费 用高达 5 万余元， 加上检修费用及减少的冷风供应 量 ， 一次事故造成损失超过 2 O万元 ； 银前两台锅炉 在近几年的运行 中， 水冷壁爆管事故每年都有发生。 因此 ， 在纯燃煤气锅炉水冷壁防腐蚀方面， 寻求一种 先进工艺 ， 已成为当务之急。 2 原 因分析及 实施方案 水冷壁腐蚀主要来自两个方面， 管内水或蒸汽 在紊流或湍流状态下因高速流体、 温度、 化学环境的 相互影响促进了碳钢和低合金钢表面氧化保护层的 溶解 ， 导致腐蚀破坏 ； 管外高温烟气的辐射和对流作 用使管壁升温， 飞灰颗粒冲刷管壁 ， 烟气中的腐蚀性 气体与沉积在管壁上的盐类等物质一起腐蚀管壁 。 由于高炉煤气着火后期靠近水冷壁的区域， 氧量供 应不足．容易产生还原性气氛，并在水冷壁区域形 成一定浓度的 s O ， 、 H 2 S腐蚀性气体。同时， 随着负 荷高低的变化f如 在低负荷运行时炉内氧量相对 较高， 在高负荷运行时炉内氧量相对较偏低 ， 配风 方式的不同等，在氧化和还原性气氛交替存在时， 硫化铁型F e S 反应也会交替发生。 形成分层腐 蚀 。 电弧超音速喷涂是以电弧为热源， 将金属丝熔 化并用气流雾化 ， 使熔融颗粒高速喷射到工件表面 形成涂层的一种工艺 ， 基本原理如图 1 所示。 l 8 1 一直流电源 ； 2 一金属丝 ； 3 一送丝滚轮 ； 4 ～导电块 5 一导电嘴； 6 一空气喷嘴； 7 一电弧； 8 一喷涂射流 图 1 电弧喷涂示意图 喷涂时 ， 两根丝状金属喷涂材料用送丝装置通 过送丝轮均匀 、 连续地分别送进电弧喷涂枪中的导 电嘴内， 导 电嘴分别接电源的正、 负极 ， 并保证两根 2 0 1 3 年第 9 期 总 第1 6 3期 冶 金 动 力 MF r A L L U R G I C A L P O WE R 4 5 丝材端部接触前的绝缘性。当两金属丝端部 由于送 进而互相接触时， 在端部短路并产生 电弧 ， 使丝材端 部瞬间熔化 ， 压缩空气把熔融金属雾化成微熔滴 ， 以 很高的速度喷射到工件表面 ， 形成电弧喷涂层 。 电弧喷涂层的形成过程非常复杂 ，涉及到空气 动力学、 多相流流体力学 、 冶金热力学、 传热学等诸 多领域 ， 因此也受到很多参数的影响 ， 如 电弧温度 、 气流速度、 气流压力 、 喷涂电压 、 电流等。 一般 电弧喷 涂层的形成可以分为熔滴形成 、熔滴雾化和扁平颗 粒堆积。 电弧超音速喷涂是在 电弧喷涂 的基础上 ， 加 人了拉发尔喷嘴，并完善了控制系统和 电源特性的 一 种喷涂方法 。气流速度达 6 0 0 m ／ s ， 喷涂中颗粒飞 行速度大于 4 2 0 m ／ s 。高速飞行 的涂层粒子撞击金 属表面， 形成机械嵌合 ， 速度越高 ， 涂层越致密 ， 嵌合 力就越大， 结合强度越高。目前 ， 电弧超音速喷涂金 属材料 ， 结合强度最高达 6 0 MP a ， 并且可加人一些 特殊材料， 如陶瓷、 吸热材料等。 喷涂材料的选择 煤气锅炉以高温氧化和硫腐 蚀为主 ， 按不同材料 防护效果 ， 从低 到高依次为 铝 丝铁铬铝丝镍铬类丝 ；复合工艺 以弥散包 覆方式进行 ， 避免了不均匀现象 ； 合金相熔点低 ， 提 高了喷涂效率； 热胀系数与炉管接近 8 ． 5 1 0 6 ／ K ， 使用中不会因高温影响而脱落。 我们选择镍铬类丝， 主要性能为 涂层厚度可达 2 m m ； 结合 强度不小 于5 2 M P a ； 孔隙率不大于 3 ％ ； 可耐 1 2 5 6 c IC 高温； 硬度 H R C 6 7 ～ 6 9 ， 硬质相 HR C 7 8 ； 耐腐蚀性能不大于 0 ． 4 5 m g ／ g ， 是碳化铬的 1 ． 5倍。 3 实施过程 工艺流程 表面预处理、 喷砂作业 、 喷涂作业 、 预 测厚度、 自查 。 1 表面预处理。用抹布 、 清洁球和磨光机清理 水冷壁管上的浮尘 、 浮渣、 锈等杂质 。 2 喷砂作业。用喷砂机对工作面进行喷砂处 理，达到表面干燥 、 无灰尘、 油脂、 污垢和锈斑。且粗 糙度达到 S a 3 。 3 喷涂作业。对喷砂后的工作面进行喷涂作 业。防磨部位采用金属 陶瓷丝材作 喷涂材料．对工 作面喷涂 2 3 遍，保证厚度达到 0 ． 6 0 ． 8 mm ．涂层 表面要求平整 、 光洁、 致密 、 不起皮和鼓泡， 基材不变 形．孔隙率低于 0 ． 9 ％。 4 预测厚度 。用测厚仪对表面涂层进行测量， 保证涂层厚度均匀， 并达到规定要求 。 5 自查。施工结束后进行 自查。对不合格处进 行修整 。 4 效果评价 在超音速 电弧喷涂 区水冷壁表面涂层光滑， 无 剥落和裂纹 ；在超音速电弧喷涂与基材过渡区过渡 平滑， 没有出现 凸台和 明显的磨损 水冷壁管得到较 好保护 ，耐腐蚀性和耐磨损性可以得到较大幅度提 高 ， 水冷壁减薄爆管事故减为零次 ， 锅炉水冷壁管运 行周期可达到大修周期 l 0年。 5 经济效益分析 5 ． 1 启停炉费用 1 改造前每年因水冷壁事故造成一次停炉 ， 每 五年产生启停炉和锅炉检修费用为 1 7 2 5 9 5万 元 f 2 1 改造后每 5年出现一次水冷壁事故 ， 启停炉 和锅炉检修费用 1 7 2 1 9万元 3 实施超音速喷涂工程费用为 3 0万元。 银前两台锅炉实施超音速喷涂工程可以节约点 停炉资金 9 5万元一 1 9万元一 3 0万元 2 9 2万元。 5 ． 2 节能降耗费用 锅炉受热面实施水冷壁 喷涂技术后 ， 2 0 1 2年 3 月份至 1 2月份 ， 锅炉燃耗较 2 0 1 1 年平均下降了 O ． 4 k dt ， 有效降低了锅炉燃料成本。按实施此项技术 的 锅炉年产蒸汽 6 6 0万 t 计算 ， 锅炉大修周期为 5年 ， 标准煤价格为 8 0 0元／ t 计算 ， 项 目带来的经济为 0 ． 4 k t x 6 6 O 0 0 0 0 t 1 0 0 0 8 0 0元／ t 5 1 0 5 6万元 。 5年节约的燃料成本 实施此项改造后 ，银前两台锅炉五年可节约成 本 9 2万元 1 0 5 6万元 1 1 4 8万元。 【 参 考 文 献】 【 l 】 王元良， 陈辉． 热喷涂技术及其设备应用啪． 电焊机， 2 0 0 5 ， 1 1 1 【 2 】 张小平， 超音速喷涂表面合金化的研究田．太原重型机械学院学报． 2 00 2， 4 2 9 0 【 3 1 班云福， 超音速电弧喷涂在2 4 0 t ／ h 循环流化床锅炉水冷壁上的应 用叨． 化工设计通讯． 2 0 0 5 ， 9 2 8 收修改稿 日期 2 0 1 3 0 3 0 1 作者简介 孙煜 1 9 8 3 一 ， 男， 2 0 0 6 年毕业于山东大学热能与动力工 程专业 ， 工程师，现从事热能动力方面技术 工作 。